專利名稱：導(dǎo)電性測(cè)量裝置及其制造和使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造用于測(cè)量超純液^(如超純7K)的導(dǎo)電性的裝置的方法，尤其是制造用于觀懂液體樣品中有機(jī)物質(zhì)或總有機(jī)碳含量(TOC)的裝置的方法。
背景技術(shù)：
大量現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用都需要超純水來(lái)實(shí)施它們的操作，尤其在化學(xué)、 制藥、醫(yī)學(xué)以及電子工業(yè)中。目前，如專利US4 767 995中所描述的，用于例如水凈化系統(tǒng)中的導(dǎo) 電性湖糧器件由至少兩部分的形成電極的導(dǎo)電材料組成，所述導(dǎo)電材料以 軸向重疊的方式頭尾相接地固定在同一絕緣桐t斗的元件體上。所述電極中 的至少一個(gè)是中空的，從而可以在其中空體內(nèi)與第一部分同軸地容納另一 個(gè)電極。兩電極間的空間限定了進(jìn)行觀懂的樣品量(sample volume)。對(duì)這種配置進(jìn)行調(diào)整，可以獲得足夠小的器件常敬cdl constant),從而 可以測(cè)量超純液體的導(dǎo)電性?；剡^(guò)頭來(lái)，在這個(gè)方面，導(dǎo)電性慰寸穿過(guò)物質(zhì)的電子流的測(cè)量。它與 離子的濃度、針離子攜帶的電銜化合價(jià))以及它們的遷移率直接成比例。 這種遷移率依賴于Mit，因此，對(duì)導(dǎo)電性的測(cè)量也就依賴于*鵬。在理論上的純凈水中，只有兩種離子存在，就是水分子分解成的HT和OH。這樣，在25。C，沒(méi)有離子污染的水樣品的理論導(dǎo)電性等于0.055iiS/cm， 即，電阻率(導(dǎo)電性的倒數(shù))為18.2MQcm。這種導(dǎo)電性的測(cè)量是通過(guò)在兩個(gè)浸入水樣品中的電極間施加電勢(shì)實(shí)現(xiàn)說(shuō)明書第2/13頁(yè)的。其可以通過(guò)電壓以及導(dǎo)電性測(cè)量器件內(nèi)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度來(lái)確定。這種導(dǎo)電性觀懂方法受到器件幾何形狀、電極的總表面積(S)以及它們之間相隔距離(L)的影響。最后兩個(gè)參數(shù)限定了器件常數(shù)器件常數(shù)《/s。在實(shí)踐中，對(duì)于給定電壓，電極的表面積越大，產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越大， 這樣，電流的測(cè)量也越精確。這就意味著器件常數(shù)越小，測(cè)離精確。這在超純水的情況中特別重要。這是因?yàn)橐@得更不易被干擾的強(qiáng)信 號(hào)，器件常數(shù)必須小(實(shí)踐中<0.2^11—').斑中導(dǎo)電性測(cè)量器件的最好應(yīng)用之一魏總有機(jī)齢量(TOC)的測(cè)量， 如專利申請(qǐng)EP0 498 888或?qū)＠鸘S6 741 084中所描述的。在實(shí)踐中，利用 波長(zhǎng)約為185nm的紫外線(UV)對(duì)理論超純凈水的樣品進(jìn)行光氧化 (photo-oxidation),使得可以根據(jù)被湖孵品中存在的有機(jī)物質(zhì)受到紫外線的氧 化導(dǎo)致的電阻率減小來(lái)測(cè)量水中有機(jī)碳的含量。目前，在大規(guī)模生產(chǎn)方法中，組成戶腿器件的元件通常是手工組裝的， 這特另U導(dǎo)致所述器件相對(duì)于規(guī)格的幾何形狀差異或一個(gè)器件與另一個(gè)器件 的差見(jiàn)如兩電極相對(duì)位置上的差別。在實(shí)踐中，這就導(dǎo)致了器件常數(shù)的 差異，而器件常數(shù)影響導(dǎo)電性觀懂精度。發(fā)明內(nèi)容總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明旨在能夠制造可以以非常高的精度測(cè)量超純液體的 導(dǎo)電性的裝置的配置，并進(jìn)一步帶來(lái)其它的優(yōu)點(diǎn)。更具體的，本發(fā)明提供制造觀糧液恢尤其是超純7K)的導(dǎo)電性的裝置的 方法，所述裝置包含兩個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極，所述導(dǎo)電性觀懂電極適于限定 能夠?qū)Τ円后w的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量的器件常數(shù)，其特征在于該方法包括用 導(dǎo)電材料在絕緣材料的基體上形成電極圖案來(lái)制備各個(gè)電極。因此，本發(fā)明不僅可以保證高精度的制造，特別是在電極厚度的方面， 這樣使公差最小，還可以使用自動(dòng)制造技術(shù)在制造過(guò)程中消除手工組裝器件組件，特別是顯著增加了從一個(gè)器件到另一器件的器件常數(shù)的重復(fù)性。在用于觀懂超純液體導(dǎo)電性的不同申請(qǐng)中已經(jīng)提出了這種制造傳感器的制造技術(shù)(例如參見(jiàn)專利申請(qǐng)US 2005/0247114和US 2003/0153094)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員至今還沒(méi)有意識(shí)到將這種技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)測(cè)量超純液體導(dǎo) 電性的裝置中，艮P，其中的電極必須適于獲得能夠?qū)@種導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量 的器件常數(shù)的裝置，因此，其中器件常數(shù)為關(guān)鍵參數(shù)。在實(shí)踐中，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電性測(cè)量器件就是利用這種源于電子技術(shù) 的制造技術(shù)(例如顯微光亥U法離幕打印法)來(lái)制造的。它們有利地通過(guò)將電 極圖案光刻到給定基體材料(如聚合體例如MylaKS)(聚酯)，或陶瓷制品如石 英玻璃)上制成，被淀積的電極形成材料也可變化。"戰(zhàn)是碳、硼摻雜金剛 石、鉬、銀、金或鈦。將溫度傳感教實(shí)踐中采用的是熱敏電阻)有利地放置在導(dǎo)電性觀懂器 件的上方或下方，或更好地，放置在其中一個(gè)電極的下方，在溫度傳感器 和接收測(cè)量樣品的空間之間可能具有一 個(gè)小玻璃界風(fēng)fine glass interface)。這是因?yàn)樵趯?dǎo)電性測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)主要問(wèn)題是它受到溫度變化的影 響很大。更具體的，樣品的纟驢越高，電阻率(由離子的遷移造成)越小。因 此，為了保證精確測(cè)量，有必要對(duì)導(dǎo)電性的測(cè)量進(jìn)行溫度補(bǔ)償。因此，導(dǎo) 電性測(cè)量器件通常配置有樣品纟顯度傳感器。優(yōu)選的，所述溫度傳感器使用與上述制造電極相同的制造技術(shù)形成。 這樣它的圖案可以形成在基體上，就可以相對(duì)于導(dǎo)電性測(cè)量電極精確地定 位傳感器，并避免了現(xiàn)有技術(shù)中組裝方法造成的損壞。例如，它可以用多 晶硅或硼摻雜金剛石制成。在這兩種情況下，由于淀積需要的溫度高，所 述基體選用石英玻璃。根據(jù)這種配置，可以制成集成傳感器，其可以在測(cè) 定其導(dǎo)電性的同時(shí)湖啶被分析液體樣品的溫度，從而消除了由溫度測(cè)量誤 差引起的導(dǎo)電性測(cè)量誤差。另外，根據(jù)本發(fā)明，位于基體上的器件窗口(cellwindow)可以用與基體 相同的精度制造，這樣樣品量可以重復(fù)，并且比現(xiàn)有技術(shù)方案中需要的樣品量要少很多。對(duì)于待測(cè)超純水或任何其它超純液體，這就縮短了導(dǎo)電性 測(cè)量時(shí)間(直接測(cè)量)。這兩部分可以用密封俠seal)進(jìn)行組合。但是，根據(jù)本發(fā)明，這兩部分， 即基體和器件窗口可以制成具有平整表面，這樣只需要很小的壓力就足以 維持這兩部分彼此緊靠，從而保持液體的密封性。這樣，就不必將這兩部 分組合在一起，也不必使用液體密封的密封體。不使用粘結(jié)劑尤其可以消除由其帶來(lái)的有機(jī)污染物，以及在TOC測(cè)量 中由其產(chǎn)生的觀懂體。此外，在這個(gè)最佳應(yīng)用中，本發(fā)明可以在液體層的體積和厚度方面來(lái) 優(yōu)化TOC測(cè)量腔，使所述體積和厚度足夠地小，從而確保UV的有效光氧 化。此外，根據(jù)本發(fā)明的配置通過(guò)使用催化層，有利地使其自身得到了進(jìn) 一步發(fā)展，其中光氧化過(guò)程得到改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的配置還使其本身與前者組合得到另一發(fā)展。目前，TOC測(cè)量裝置使用在185nm和254nm的兩個(gè)波長(zhǎng)下工作的汞 汽UV燈。這種燈存在一些缺陷成本高、信號(hào)干擾、？驢升高、壽命有 限、缺乏重復(fù)性、有效性降低等。根據(jù)所述發(fā)展，依照下面文獻(xiàn)的教導(dǎo)，將發(fā)光波長(zhǎng)大于或等于360nm 并小于或等于400nm，優(yōu)選等于365nm的UV燈與基于具有寬能帶的半導(dǎo) 體材料，優(yōu)選基于氧化鈦的光催化劑5給4頓1- Advanced Photochemical Processes, EPA/625/R-98/004， December 19982- Photocatalytic oxidation of Gas-Phase BTEX-contaminated Waste Streams, NREL/TP-473-7575， March 19953-Photocatalytic thin film cascade for treatment of organic compounds in wastewater, A.H.CCha, J.P.Barford， C.K.Cha， Water Science and Technology, vol.44， 5,187-195二氧化鈦，更具體的是銳鈦礦形式的二氧化鈦，是優(yōu)選的催化劑，因 為它在光催化反應(yīng)中最有效。但是，也可以采用其它的半導(dǎo)體，例如ZnO、 Fe203、 CdS、 ZnS、 SiTi03、 CaTi03、 KTa03、 Ta205以及Zr02(M.R.Hoffinann, S.T.Martin, W.Choi.， D.W.Bahnemann， Chem. Rev. 95, 69， 1995; A.Fujishima^ T.N,Rao, D.A.Tryk， J.Photochem.Photobiol. C: Photochemistry., 1 ， 1 ，2000)。也可以考慮將不同形式的光催化劑制成混合物，例如二氧化鈦的金紅 石禾口l兌f太礦形式。lt匕夕卜，M.Penpolchaoren，R.Amal，M.Brungs/owma/ o/ 7V"wqpaW/c/e /^^r/7，3，289,2001描述了利用由納米赤鐵礦覆蓋的二氧化鈦 顆粒(TiCVFe203)對(duì)蔗糖和硝酸鹽進(jìn)行光降解。為了提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，優(yōu)選地在氧化鈦的顆粒上弓l入過(guò)渡金屬元素或 摻雜離子，如鐵、銀或鉑。因此，在蔗糖礦化中對(duì)由銀離子改性的TK)2懸 浮液的效率進(jìn)行了研究(VVamathevan, R.AmaI， D.Beydoun, GLow， S.McEvoy，透咖/2抓尸/w油'0",.Cta—， 148,233,2002)。作者展示了與 純Ti02顆粒相比，使用AgATi02改性的顆粒，電子-空穴的分離更好，在減 少氧的方面得到改進(jìn)。這樣就可以提高某種選擇的有機(jī)化合物的礦化速度 (H.Tran，K.Chiang,J.Scott，R.Amal^P/7otoc/ ew.尸/wto&'o/.5b/"4,565，2005)。也注意 到，已經(jīng)用基于TiCVSi02的光催化劑對(duì)苯酚的光分解進(jìn)行了研究，這在本 發(fā)明中也可以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)踐中，對(duì)于例如二氧化鈦，在電敬整體或部分)和/或基體上的淀 積可以以顆粒形式進(jìn)行，還可以以二氧化鈦薄膜形式進(jìn)行，所述薄膜可以 覆蓋接觸樣品的容器的內(nèi)部。另外，在實(shí)踐中，光催化劑的半導(dǎo)體材料的寬能帶的值小于或等于二 氧化鈦的寬能帶的值，即，約為3,2eV。作為變化，戶BUV燈可以用對(duì)寸波譜范圍在160nm的紫外光到400nm 的可見(jiàn)光的氤氣閃光式UV燈替代。這種燈也可以與前文所述類型的光催化劑聯(lián)合使用，其具有短時(shí)間提 供強(qiáng)能量脈沖的特性。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在導(dǎo)電性測(cè)量器件中提供少量的超純液體樣品(實(shí)踐中小于300W)，戶腿導(dǎo)電性測(cè)量器件用微電子技術(shù)制造，并包含集成鵬傳感器，淀積在基體上作為光催化齊啲氧化鈦以及波長(zhǎng)為365nm 的光^l才二極管形式的UV燈。所述光催化劑可以全部或部分地覆蓋一個(gè)或各個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極圖案，但并不接角妙;f述圖案。此外，與所述測(cè)量裝置相關(guān)的其它電子組辨如模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、 UV光發(fā)射二極管燈的電源等)，例如通過(guò)將其印刷在基體背面，而有利地 集成在所述裝置中，從而使整個(gè)裝置小型化。這樣，就可以制造出能夠連 接至一個(gè)設(shè)備上作為完整的子組件的小型TOC分析器。有利地是，為了對(duì)通過(guò)TOC分析器中存在的超純液體樣品的能量的實(shí) 際數(shù)量進(jìn)行量化和調(diào)節(jié)，將光學(xué)傳感器配置在與基體背面相同的一側(cè)上， 以檢測(cè)UV發(fā)光二極管的信號(hào)。這種配置可以根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度實(shí)時(shí)檢領(lǐng)恍 氧化步驟的完成清況，還可以檢測(cè)導(dǎo)電性測(cè)量器件中可能的誤差，如氣泡 或易受吸收和域偏離信號(hào)的顆粒。這樣可以用比目前所用方法更簡(jiǎn)便和更確定的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)光氧化步驟 完成情況的檢測(cè)，即，可以確定導(dǎo)電性曲線相對(duì)于時(shí)間的一階和域二階導(dǎo) 數(shù)的斜率，或可以在給定時(shí)間停止光氧化。這樣進(jìn)行的測(cè)量還可以用于)(寸存在于被分析的超純液體樣品中的不同 種類的有機(jī)材料進(jìn)行區(qū)分和量化，利用濾波器對(duì)全部光譜或特定波長(zhǎng)(例如 365nm)進(jìn)行量化。更一般地，根據(jù)1，配置，其可以包括--通過(guò)對(duì)預(yù)先淀積在基體上或淀積在基體的底層(underlying layer)自身上的材料層進(jìn)行刻蝕，以形成電極圖案，-從石英玻璃、Mylai^)和硅中選擇基體的電絕緣材料，-從碳、鉬、銀、金、鈦和硼摻雜金剛石中選擇出形成導(dǎo)電性測(cè)量電極的導(dǎo)電材料，-通過(guò)用兩個(gè)相互交叉的梳狀形式形成交互式結(jié)構(gòu)，以制成導(dǎo)電性測(cè)量電極圖案，-該方法還包括通過(guò)用半導(dǎo)體或?qū)w材料在基體上形成圖案的方式，在基體上制成熱敏電阻，-所述熱敏電阻的材料選自多晶硅、鉑和硼摻雜金剛石，-當(dāng)形成所述或各個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極的圖案形成在熱敏電阻形成材料的底層上時(shí)，通過(guò)在其間淀積電絕緣桐料使其彼此隔開，所述電絕緣材料優(yōu)選為二氧化硅Si02或氮化硅Si3N4。本發(fā)明還涉及可以根據(jù)上述限定的方法制造并用于測(cè)量超純液體的導(dǎo) 電性的裝置，還涉及使用所述導(dǎo)電性測(cè)量裝置的TOC測(cè)量裝置。 根據(jù)所述測(cè)量裝置的優(yōu)選配置，其可以包括-該裝置包括具有導(dǎo)電性測(cè)量腔的器件，戶腿湖懂腔通過(guò)戶腿器件上的 液體入口和出口與所述器件的外部相通，并且所述器件至少部分覆蓋住導(dǎo) 電性測(cè)量電極的圖案，-所述器件包含兩個(gè)輔助性組件， 一個(gè)包括形成該導(dǎo)電性測(cè)量腔的凹 槽，另一個(gè)形成基體，所述器件的液體入口和出口形成在所述基體形成組 件上，-所述裝置的兩部分間包含殼體(所述器件置于其中)，和將這兩部分夾 緊的裝配工具，用來(lái)保證導(dǎo)電性測(cè)量器件的液體密封性，-基體的電絕緣材料選自石英玻璃、Mylai⑧和硅中， -形成所述導(dǎo)電性測(cè)量電極的導(dǎo)電材料選自碳、鉬、銀、金、鈦和硼摻 雜金剛石中，-所述導(dǎo)電性測(cè)量電極的圖案為由兩個(gè)相互交叉的梳狀形成的交互式 結(jié)構(gòu)，-所述裝置還包括用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在基體上形成圖案，從而在基體 上制成熱敏電阻，-所述熱敏電阻的材料選自多晶硅、鉑和硼摻雜金剛石，-當(dāng)所述或各個(gè)形成導(dǎo)電性測(cè)量電極的圖案是在形成熱敏電阻材料的 底層上形成時(shí)，通過(guò)在其間淀積電絕緣材料使其彼此間隔開，所述電絕緣 材料優(yōu)選為二氧化硅Si02或氮化硅Si3N4，，-該裝置在基體的背面上包含專用于該裝置的電子元件。用于觀糧液體樣品中總有機(jī)碳含量的裝置包括上述用于測(cè)量導(dǎo)電性的 裝置，其具有至少一個(gè)對(duì)紫外線透明的窗口，以對(duì)觀懂腔中的液體樣品進(jìn) 行光氧化。根據(jù)TOC觀懂裝置的最佳配置，其可以包括-所述裝置包括用于光氧化的的UV燈，其發(fā)光波長(zhǎng)大于或等于360nm 并小于或等于400nm，優(yōu)選等于365nm，以及淀積在基體上的基于具有寬 能帶的半導(dǎo)體材料的光催化劑，-所述裝置包含用于光氧化的氮?dú)忾W光燈，其發(fā)，t的紫外線波長(zhǎng)大于或 等于160nm并小于或等于400nm，并且可能包含淀積在基體上的基于寬能 帶半導(dǎo)體材料的光催化劑，-所述寬能帶半導(dǎo)體材料包括過(guò)渡金屬元素的單一氧化物、過(guò)渡金屬元 素和5咸或堿土金屬以及過(guò)渡金屬元素硫化物的混合氧化物中的至少一種， l尤選為摻雜的，-所述半導(dǎo)體材料選自Ti02、 ZnO、 Fe203、 Zi02、 Ta205、 SrTi03、 CaTi03、 KTa03、 CdS及ZnS中，-它包含配置在基體背面的光學(xué)傳感器，用以檢測(cè)紫外燈發(fā)射的紫外線，-所述紫外燈為發(fā)光二極管的形式。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖的描述中可以看出，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的測(cè)量超純液體導(dǎo)電性裝置的分解立體圖；圖2是以較大比例尺顯示的圖1裝置的縱向中間橫截面圖；圖3是表示圖1和2的測(cè)量裝置的導(dǎo)電性領(lǐng)懂電極的圖案和形成熱敏 電阻圖案的簡(jiǎn)略平面圖；圖4是TOC測(cè)量裝置的縱向中間橫截面圖。
具體實(shí)施方式
這里需要注意的是，下面的說(shuō)明描述的只是優(yōu)選實(shí)施方案，并非限于 這些實(shí)施例。用于測(cè)量超純液辦這里魏純7K)的導(dǎo)電性的裝置1包括兩部分的 殼體10，這里IO、 11由塑料材料加工制成，由其封^(寸UV透明的窗體 12(這里由石英玻璃制成)，以及基體13他由石英玻璃制成)，并具有幾個(gè)圖 形(motif)。該窗體12具有形成導(dǎo)電性測(cè)量腔的凹槽14，對(duì)所述測(cè)量腔進(jìn)行調(diào)整來(lái)接收液##品進(jìn)行分析。所述裝置1與基體13 —起形成了實(shí)際的導(dǎo)電性測(cè)量器件。 為此，基體13包含兩個(gè)導(dǎo)電材料的淀積物，其形，皿行導(dǎo)電性測(cè) 量的電極15、 16的圖案，以及另一個(gè)半導(dǎo)體材料的淀積物，其形成用來(lái)確 定存在于腔體14中的液體樣品的溫度的熱敏電阻17。這些淀積物形成在基 體13面向?qū)щ娦詼y(cè)量腔14的表面上，并且它們終止于位于基體13的一端 的焊接表面18，用于連接插座20的電連接導(dǎo)線19，從而可以將導(dǎo)電性測(cè) 量器件12、 13電連接至一個(gè)或多個(gè)外部電路，以測(cè)定存在于腔體14中的 超純7K樣品的t鵬和經(jīng)、鵬補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)電性。當(dāng)然電極圖案15、 16的制造使 其獲得小的器件常數(shù)，實(shí)踐中小于0.2cm'1，從而能夠?qū)Τ兯膶?dǎo)電性進(jìn) 行測(cè)量。實(shí)際上，形成電極的導(dǎo)電材料的敘strip)的大小和配置可以獲得所 述器件常數(shù)。另外，所述基體13包含兩個(gè)供水孔21、 22，其分別對(duì)應(yīng)于殼 體下部11上的兩個(gè)孔23、 24，用于使腔體14中的分析的水的入口和出口 處于與7K循環(huán)方向垂直的方向上。在下部11的底部形成的凹孔27、 28中容納的兩個(gè)"0"形密封環(huán)25、 26與位于上方的基體13 —起實(shí)現(xiàn)流體密封性。 另一方面，基體13和窗體14之間沒(méi)有密封，液體密封性只是通過(guò)利用與 形成在殼體下部11上的內(nèi)螺紋30a-30d嚙合的四個(gè)螺釘29a-29d將殼體的 上部10夾緊在殼體的下部11上而實(shí)現(xiàn)的。此外，應(yīng)當(dāng)注意，殼體的上部10具有中央開口31，其可以使 入到 腔體14中，而下部11具有凹腔32，其開在殼體下部11上的兩個(gè)孔23、 24 之間，并配置在導(dǎo)電性觀糧腔14的下方，因此，開口 31位于殼體的上部 10上。還應(yīng)注意，對(duì)下部11和上部10進(jìn)行加工，以形成突起33、 34， 一旦 螺絲29a-29d被旋緊，突起33、 34能夠?qū)?dǎo)電性測(cè)量器件12、 13保持在下 部11和上部10之間的位置。從圖3可以清楚地看到，兩個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極15、 16采用由兩個(gè)相互 交叉梳狀形成的交互式結(jié)構(gòu)，而熱敏電阻17由兩條在相反端彼此相連、并 通過(guò)焊接表面18終止于該相反端的半導(dǎo)體材料形成。在實(shí)踐中，例如這些淀積物通過(guò)進(jìn)行微電子方法實(shí)現(xiàn)，所述方》封寺別 包括如下步驟-在石英玻璃基體13上淀積多晶硅；-在多晶硅層上形成溫度傳感器17的圖案， 是在P型摻雜并活化 之后；-在所述多晶硅圖案的至少一部分上淀積電絕緣材料，這里為氮化硅 Si3N4;-淀積氧化鈦；-在鈦上形成導(dǎo)電性測(cè)量電極15、 16的圖案；-淀積氧化鈦，作為光催化劑；-在鉻(Cr/An)上鍍金屬并形成連接區(qū)域18。在實(shí)踐中，可以采用LPCVD(低壓化學(xué)蒸氣淀積)方法，尤其是用于Si3N4和多晶硅的淀積。所述圖案通過(guò)在液體介質(zhì)中干腐蝕(diy attack)或腐蝕 (attack)形成。這種導(dǎo)電性觀糧裝置的最佳應(yīng)用之一就是用于觀糧液1裙品中的總有 機(jī)碳(TOC)。為此，完成了借助圖1至3進(jìn)行描述的裝置，如圖4所示，其具有安 裝在殼體上部10的上表面上的紫外線(UV)燈35，這里采用發(fā)光二極管，從 而可以透過(guò)形成在戶皿上部上的開口 31對(duì)該導(dǎo)電性測(cè)量腔14進(jìn)行照射。此外，為了安裝光學(xué)傳感器36，有利地利用了形成在下部11上的凹腔 32，使光學(xué)傳感器36可以檢測(cè)UV燈35的信號(hào)，用于量化和調(diào)整穿過(guò)測(cè) 量腔14中的超純液體樣品的實(shí)際能量。另夕卜有利的是，懸于所述凹腔之上的基體的后面部分可以用于安裝其 它與TOC湖糧裝置相關(guān)的電子元件，如前所述。根據(jù)本發(fā)明，用于觀糧超純液體導(dǎo)電性的裝置和TOC測(cè)量/檢定裝置 具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 使TOC測(cè)量裝置整體化和小型化，該裝置可以連接至一套設(shè)備中 作為完整的子組件；2、 消除這些裝置制造中的手工組裝；3、 有效的光氧化；4、 延長(zhǎng)紫外線產(chǎn)生裝置的壽命；5、 UV發(fā)光二極管無(wú)需任何預(yù)熱；6、 待分析樣品無(wú)需任何預(yù)熱；7、 使UV發(fā)光二極管的效應(yīng)最大化和瞬時(shí)化；8、 可以增加控制UV的平臺(tái)；9、 用電子方法對(duì)UV的^M進(jìn)行更好地控制和調(diào)整；10、 從一個(gè)TOC測(cè)量裝置至拐一個(gè)TOC測(cè)量裝置，UV劃寸的可重復(fù) 性高；11、 可以檢測(cè)導(dǎo)電性湖懂器件中的氣泡、顆粒等；12、 降低了電干擾引起的噪聲，這使得可以在進(jìn)行光氧化過(guò)程的同時(shí) 對(duì)導(dǎo)電'M行測(cè)量，從而可以對(duì)該光氧化過(guò)禾魏行控制直到其結(jié)束；13、 器件常數(shù)的重復(fù)性高，因此，僅需要對(duì)給定批量器件的小部分進(jìn) 行校準(zhǔn)；14、 在給定批量中，溫度敏感器的重復(fù)性高；15、 在導(dǎo)電性測(cè)量過(guò)程中可以獲得^i子的^t探觀懶度；16、 P牽低了制造成本；17、 由于可以采用比現(xiàn)有技術(shù)更少的樣品量，從而M^了光氧化時(shí)間;18、 由于需要觀糧的樣品量少，從而可以進(jìn)行直接湖懂；19、 所述器件設(shè)計(jì)的靈活性；20、 當(dāng)給定檢測(cè)限(實(shí)踐中對(duì)于TOC測(cè)量裝置，其值的單位為ppt)時(shí)， 可以將導(dǎo)電性觀糧器件靈活地結(jié)合在給定裝置(用于水凈化的系統(tǒng)、蓄水池 等)中；21、 可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性元件的對(duì)蟲使用；22、 不使用粘合劑，從而消除了有機(jī)污染物；23、 由于可以在TOC測(cè)量裝置中集成各種附加的電子元件禾,于測(cè)量 或檢測(cè)的裝置，從而可以實(shí)現(xiàn)TOC測(cè)量裝置的小型化；24、 可以獲得適于測(cè)量超純液體導(dǎo)電性的小的器件常數(shù)，同時(shí)將導(dǎo)電 性測(cè)量腔減小至最小。還應(yīng)注意，氤氣UV閃光燈有利地連接至所述光學(xué)傳感器，從而使得 可以驅(qū)散閃光燈在閃光之間發(fā)出的光熱量(photo-thermal heat)。其優(yōu)點(diǎn)是不 會(huì)加熱樣品，從而限制了化學(xué)干擾。在這方面我們知道，在二氧化硅存在 下，如果超純7jC樣品被加熱，其導(dǎo)電性將會(huì)受干擾(特別是減小)。沒(méi)有加熱還限制了由運(yùn)算法則對(duì)、鵬進(jìn)行強(qiáng)補(bǔ)償帶來(lái)的誤差和不準(zhǔn)確性。根據(jù)一種操作模式，所述TOC測(cè)量裝置連續(xù)記錄導(dǎo)電性，這樣可以觀測(cè)到氧化的完成，并根據(jù)氧《雄行動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在性能方面，這種TOC測(cè)量裝置可以通過(guò)讀取有機(jī)化合物的特征導(dǎo)電性剖面(conductivity profile),并在ppb或更小的尺度下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)， 可以對(duì)導(dǎo)電性進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量(實(shí)踐中，1點(diǎn)/秒)。事實(shí)上，尤其可以通過(guò)約每秒對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，將所述裝置的檢測(cè)限 設(shè)為ppb。有利的，用秒來(lái)記錄可以使用氤氣UV閃光燈實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樵趦纱?閃光之間，可以將測(cè)量進(jìn)行耦合，因此沒(méi)有光子干涉(photonic interference) 擾亂測(cè)量。這樣無(wú)需濾波就可以獲得精確的溫度和導(dǎo)電性測(cè)量值。每秒鐘進(jìn)行一次測(cè)量，還可以限制由水樣品中可能溶解的C02(例如由 液體密封性不好而溶解C02)弓l起的化學(xué)干擾。利用這些記錄的導(dǎo)電性剖面，還可以對(duì)所述裝置進(jìn)一步調(diào)整，來(lái)從例如二氧化碳(C02)中區(qū)分出離子的性質(zhì)，以及污染物(例如二氯甲烷(CH2Cl2))的性質(zhì)。更一般地，本發(fā)明并不限于所描述或表示的實(shí)施方案，而是覆蓋了其 任何變化形式。尤其可以考慮其它的電極圖案，例如兩條直的平行電極或兩個(gè)交叉電 極， 一個(gè)是C型而另一個(gè)是直的。
權(quán)利要求
1.制造用于測(cè)量液體，尤其是超純水的導(dǎo)電性的裝置的方法，所述裝置包括兩個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極，所述導(dǎo)電性測(cè)量電極適于限定能夠?qū)Τ円后w的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量的器件常數(shù)，其特征在于所述方法包括用導(dǎo)電材料在絕緣材料的基體上形成電極圖案來(lái)制成各個(gè)電極。
2. 權(quán)利要求l的方法，其特征在于所述電極圖案魏M)(寸預(yù)先淀積在基體上或本身淀積在基體上的底層上的材料層進(jìn)行刻蝕形成的。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于戶腿基體的電絕緣材料選自石 英玻璃、Mylai⑧和硅中。
4. 權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于形成導(dǎo)電性測(cè)量電極 的導(dǎo)電材料選自碳、鈾、銀、金、鈦以及硼摻雜金剛石中。
5. 權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于導(dǎo)電性測(cè)量電極圖案 被制成由兩個(gè)交叉梳形成的交互式結(jié)構(gòu)的形式。
6. 權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于其還包括用導(dǎo)體或半 導(dǎo)體材料在基體上形成圖案的方式，在基體上制成熱敏電阻。
7. 權(quán)利要求6的方法，其特征在于戶做熱敏電阻的材料選自多晶硅、 鉑和硼摻雜金剛石中。
8. 權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于當(dāng)所述或各個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極 的圖案形成在熱敏電阻形成材料的底層上時(shí)，通過(guò)在其間淀積電絕緣材料使其相互間隔幵，所述電絕緣材料P繼為二氧化敏Si02咸氮化硅(Si3N4)。
9. 測(cè)量液體特別是超純水的導(dǎo)電性的裝置，所述裝置包括兩個(gè)導(dǎo)電性 測(cè)量電敏15， 16)，所述導(dǎo)電性測(cè)量電極適于限定能夠?qū)Τ円后w的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量的器件常數(shù)，其特征在于各個(gè)電極的形式為電絕緣材料的基1秋13)上的導(dǎo)電材料的圖案。
10. 權(quán)禾腰求9的裝置，其特征在于其包括具有導(dǎo)電性測(cè)量腔(14)的器 件，所述導(dǎo)電性測(cè)量腔通過(guò)戶腿器件上的液體入口和出口(21， 22)與所述器 件的夕卜界相通，并且至少部分地覆蓋所述導(dǎo)電性測(cè)量電極的圖案。
11. 權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述器件包括兩個(gè)輔助性組fKl2， 13)， 一個(gè)是形j^萬(wàn)述導(dǎo)電性湖糧跑14)的凹槽，而另一個(gè)形)^/f述基俠13)， 所述器件的液體的入口和出口形成在所述基體形戯#(13)上。
12. 權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于其包括兩個(gè)部分(IO， ll)的殼體，通過(guò)它使所述器件被封裝，以及將這兩個(gè)部分夾緊(29a-29d)在 一起的裝配工具，以保證該導(dǎo)電性測(cè)量器件的液體密封性。
13. 權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述基體的電絕緣材 料選自石英玻璃、Mylai⑧和硅中。
14. 權(quán)利要求9-13中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于形成所述導(dǎo)電性測(cè)量 電極的導(dǎo)電材料選自碳、鉬、銀、金、鈦以及硼摻雜金剛石中。
15. 權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于戶腿導(dǎo)電性觀懂電極 的圖案具有由兩個(gè)交叉梳形成的交互式結(jié)構(gòu)。
16. 權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括用導(dǎo)體 或半導(dǎo)體材料在基體上形成圖案的方式，在基體上制成熱敏電阻(17)。
17. 權(quán)利要求16的裝置，其特征在于所述熱敏電阻的材料選自多晶硅、 鉑和硼摻雜金岡U石中。
18. 權(quán)利要求16或17的裝置，其特征在于當(dāng)所述或各個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量 電極的圖案形成在熱敏電阻形成材料的底層上時(shí)，通過(guò)在其間淀積電絕緣 材料使其相互間隔開，所述電絕緣材料優(yōu)選為二氧化硅(Si02)或氮化硅 (Si3N4)。
19. 權(quán)利要求9-18中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于在所述基體的背面具 有專用于所述裝置的電子元件。
20. 用于觀憧液術(shù)羊品中的總有機(jī) 將量的裝置，其包括 4艮據(jù)權(quán)利要求10-19中任一項(xiàng)的用于觀糧導(dǎo)電性的裝置，其具有至少一個(gè)對(duì)紫外線透明的窗口(12)，以對(duì)位于測(cè)劃空(14)中的液體樣品進(jìn)行光氧 化。
21. 權(quán)利要求20的裝置，其特征在于其包括用于光氧化的，發(fā)光波 長(zhǎng)大于或等于360nm并小于或等于400nm，并且雌等于365nm的UV燈， 以及淀積在基體上的基于具有寬肖蹄的半導(dǎo)體材料的光催化劑。
22. 權(quán)利要求20的裝置，其特征在于其包括用于光氧化的，對(duì)寸的 紫外線波長(zhǎng)大于或等于160nm并小于或等于400nm的氤氣閃光燈，以及可 能的，淀積在基體上的基于具有飾蹄的半導(dǎo)體材料的光催化劑。
23. 權(quán)禾腰求21或22的裝置，其特征在于所述寬能帶半導(dǎo)j材指斗包 括過(guò)渡金屬元素的單一氧化物、過(guò)渡金屬元素和堿金屬或堿土金屬以及過(guò) 渡金屬元素硫化物的混合氧化物中的至少一種，"繼是摻雜的。
24. 權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體材料選自Ti02、 ZnO、 Fe203、 Zr02、 Ta205、 SrTi03、 CaTi03、 KTa03、 CdS及ZnS中。
25. 權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于其包含配置在所述 基體背面上的光學(xué)傳感敬36)，用于檢測(cè)所述紫外燈發(fā)出的紫外線。
26. 權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述紫外燈采用發(fā) 光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造用于測(cè)量液體，尤其是超純水的導(dǎo)電性的裝置的方法，所述裝置包括兩個(gè)導(dǎo)電性測(cè)量電極，所述導(dǎo)電性測(cè)量電極適于限定可以對(duì)超純液體的導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量的器件常數(shù)，其特征在于所述方法用導(dǎo)電材料在絕緣材料的基體上形成電極圖案來(lái)制成各個(gè)電極。本發(fā)明還涉及由所述方法獲得的導(dǎo)電性測(cè)量裝置和應(yīng)用所述導(dǎo)電性測(cè)量裝置用于測(cè)量總有機(jī)碳含量的裝置。
文檔編號(hào)G01N27/07GK101221141SQ20071014417
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者A·季米特拉科普洛斯, C·L·貝特利希三世, C·勒尼尼溫, P·拉賈戈帕蘭, Y·蓋涅 申請(qǐng)人:米利波爾公司